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하이퍼센트릭 렌즈 설계 방법 및 성능 분석에 대한 연구
A Study on the Hypercentric Lens Design and Optical Performance Analysis 원문보기

한국광학회지 = Korean journal of optics and photonics, v.29 no.1, 2018년, pp.7 - 12  

고재석 (한국산업기술대학교 나노광공학과) ,  조현우 (한국산업기술대학교 나노광공학과) ,  박태양 (한국산업기술대학교 나노광공학과) ,  김상현 (한국산업기술대학교 나노광공학과) ,  안영덕 (한국산업기술대학교 나노광공학과) ,  정미숙 (한국산업기술대학교 나노광공학과)

초록
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머신비전에서는 다양한 렌즈들이 제품의 불량을 검출하기 위해 사용되고 있다. 일반적인 렌즈의 시야로는 물체의 외관 일부분만을 촬영할 수 있고 전체 외관을 검사하기 위해서는 거울 등의 광학부품이나 여러 대의 렌즈와 카메라가 필요하게 된다. 이는 광학 시스템의 크기를 크게 만들며 고비용의 단점이 있다. 본 논문에서는 물체의 상면과 측면을 동시에 촬영할 수 있는 hypercentric 렌즈의 설계 주안점을 제시하였으며, 다양한 물체 촬영에 대응하며 이미지 크기를 유지할 수 있는 hypercentric 렌즈를 설계하였다. 또한 제작품의 성능 분석을 통해 설계의 타당성을 검증하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In the field of machine vision, a variety of lenses are used to inspect a product for defects. Only part of the appearance of an object can be photographed with a general lens. Optical components such as mirrors, multiple lenses and cameras are required to inspect the entire exterior. This increases...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 이는 일반적인 렌즈 사용 시 보다 렌즈와 카메라의 수를 줄일 수 있어 비용 절감의 효과를 얻을 수 있으나 측면의 경우 고해상도 이미지 획득이 어렵다는 단점이 있다. 본 논문에서는 백색광 사용에서도 고해상도를 갖는 hypercentric 렌즈 설계를 목표로 하였으며 또한 multi-configuration view를 가짐으로써 렌즈의 시야 사용 범위를 확대시켜 사용자의 시스템 적용 편의성을 향상시킬 수 있도록 하였다.

가설 설정

  • Perspective center가 무한 거리에 위치하기 때문에 배율이 물체 거리에 무관하게 유지된다. Hypercentric perspective 렌즈는 구경 조리개가 이미지 측 초점과 이미지 평면 사이에 위치하게 된다. Perspective center가 물체 뒤에 있기 때문에 먼 물체가 가까운 물체보다 크게 보이게 된다[6].
  • Configuration 1과 Configuration 3 사이에는 다수의 configuration이 존재하며 CTF (contrast transfer function) 성능은 Configuration 3의 CTF 성능 이상을 모두 만족한다. Hypercentric perspective의 특성상 물체의 측면을 볼 수 있지만 측면 부분은 상면 부분의 비율보다 축소되어 결상된다. 외관 검사의 경우 측면부의 결함도 축소되어 보이기 때문에 비교적 높은 해상도를 가질 수 있도록 설계되었으며 CTF 값은 100 lp/mm의 공간주파수에서 확인하였다.
  • 외관 검사의 경우 측면부의 결함도 축소되어 보이기 때문에 비교적 높은 해상도를 가질 수 있도록 설계되었으며 CTF 값은 100 lp/mm의 공간주파수에서 확인하였다. 각 configuration의 입사동의 위치는 동일하며 물체 거리가 짧아짐에 따라 볼 수 있는 시야가 확대된다. 물체 거리 변화에 대한 초점 위치 보상은 상 거리를 조절하여 보상할 수 있으며 상측은 telecentric 렌즈 구조를 가짐으로써 초점 위치 보상에 따른 이미지 크기 변화는 없다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
hypercentric perspective는 무엇인가? Telecentric perspective는 산업용 렌즈로 가장 많이 쓰는 시각으로 초점심도 내의 물체는 거리와 상관없이 크기가 일정하게 보여 계측, 제어 부분에 많이 사용되고 있다. 마지막으로 hypercentric perspective는 entocentricperspective와 반대의 시각으로 물체가 가까울 때는 작게 멀리 있을 때는 크게 보이는 시각이다. 높이가 있는 물체를 위에서 촬영한다면 물체의 상면과 측면의 around view를 동시에 촬영할 수 있기 때문에 물체의 3차원적인 촬영이 가능하다.
hypercentric perspective의 장단점은? 마지막으로 hypercentric perspective는 entocentricperspective와 반대의 시각으로 물체가 가까울 때는 작게 멀리 있을 때는 크게 보이는 시각이다. 높이가 있는 물체를 위에서 촬영한다면 물체의 상면과 측면의 around view를 동시에 촬영할 수 있기 때문에 물체의 3차원적인 촬영이 가능하다. 이는 일반적인 렌즈 사용 시 보다 렌즈와 카메라의 수를 줄일 수 있어 비용 절감의 효과를 얻을 수 있으나 측면의 경우 고해상도 이미지 획득이 어렵다는 단점이 있다. 본 논문에서는 백색광 사용에서도 고해상도를 갖는 hypercentric 렌즈 설계를 목표로 하였으며 또한 multi-configuration view를 가짐으로써 렌즈의 시야 사용 범위를 확대시켜 사용자의 시스템 적용 편의성을 향상시킬 수 있도록 하였다.
제품의 외관 전체 검사에서 일반적인 렌즈 사용의 한계점은? 머신 비전의 핵심적인 부품은 바로 광학렌즈라고 할 수 있는데 렌즈의 특성에 의해 검사 방법과 검출 능력이 달라지게 된다. 특히 제품 검사 분야에서 외관 전체를 검사해야 하는 경우 일반적인 렌즈의 시각으로는 제품의 일부분만을 촬영할 수 있어 여러 개의 렌즈와 카메라를 사용하거나 제품을 회전하여 촬영한다[2,3]. 이는 비용 절감과 생산성 향상의 제약을 가져오게 된다.
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